Analogni i digitalni signali-PCM.ppt

8/10/2019 Analogni i digitalni signali-PCM.ppt

1/38

ANALOGNI I DIGITALNI SIGNALI

Signali se mogu prenositi preko razliitih prenosnih medijuma kao analogni i kaodigitalni. Digitalni prenos omoguava vee brzine, bolji kvalitet reprodukcije, manje

greakajednostavnije i obinojeftinije krajnje ureaje.

Analogni signalmenja tokom vremena svoje vrednosti, a najznaajnijiparametar mu jeperiododnosno frekvencija. Period je vreme jedne pune oscilacije talasa. Frekvencija je

broj perioda u 1 sekundi i izraavase hercima (Hz).

Brzina prenosa analognih signala izraena je frekvencijom na kojoj radi mrea.

irina propusnog opsega analognih usluga je razlika izmeu najvie i najniefrekvencije unutar koje se prenose podaci.

irinapropusnog opsegaznaiprenosni kapacitet nekog prenosnog medija.

Npr. klasina telefonija ima irinu propusnog opsega 3.1 kHz (od 300 do 3400 Hz).Simetrinineekranizirani kablovski vod ima irinu propusnog opsegaod oko 120 kHz,toznaida se u oba smera po istom vodu moe istovremeno prenositi 12 telefonskihkanala.

Ovaj vod je uskopojasan, dok su koaksijalni i optiki vodovi irokopojasni vodovi.


2/38

Analogni s ignal

Prenos analognog signala na dal j inu

Analogni

pojaava


3/38

Analogni signal slabi tokom prenosa ili nestaje

Na njega se superponiraju smetnje i umovi. Zbog slabljenja signala, naodreenim razmacima se u vod ugrauju pojaavai. Meutim pojaava ne

razlikuje elektrinu energiju uma od energije korisnog signala, pa pojaava isignal i um. U telefoniji ovo i nije veliki problem, ali u prenosu podataka moeimati katastrofalne posledice. Npr. kod prenosa finansijskih podataka, primljeni

podatak o nekoj prodaji moe biti 300 000 din, dok je poslati podatak bio 3miliona dinara.


4/38

Digitalni signalise prenose u obliku binarnih bitova.

U telekomunikacijama binaran znaida postoje samo dve vrednosti za prenesene bitoveinformacije:

onima napona (1)

offnema napona (0).

Upravo zbog postojanja samo dve razliitevrednosti, digitalni signal je lakeobnavljatiod analognog koji ima sloenijioblik i mnotvorazliitihvrednosti.

Brzina digitalnog prenosa izraenaje u bitima u sekundi (bit/s ili bps),a isto tako i irinapropusnog opsega ili prenosni kapacitet medijuma (toveabrzina to je i veakoliinapodataka koja se moeistovremeno prenositi).

estose meajupojmovi bit i bajt. Bit je samo on ili off signal. Bajt (B) je znak prikazanodgovarajuimbrojem bita (proireniASCCI kod koristi 8 bita). Bajt je jedinica koliine

podataka.

I digitalni signali slabe s poveanjemudaljenosti i osetljivi su na smetnje. Meutimlakeih je obnoviti od analognih. Za razliku od analognih pojaavaaa,digitalni regeneratoripotpuno uklanjaju um.


5/38

Prenos digitalnog s ignala na dalj inu

Upotreba TK vo dova za pojedinu vrstu p renosa

TK vod prijenos brzina prijenosa broj kanala

SIMETRINAPARICA

analogni do 120 kHz 12

digitalni 2 Mbit/s 30

KOAKSIJALNA

PARICA

analogni oko 60 MHz 10 800

digitalni 560 Mbit/s 7 680

Optiko vlakno digitalni 10 Gbit/s 120 000

Razvojem novih tehnologija kao to su ISDN i ADSL brzine prenosa po obinoj simetrinoj parici se poveavaju,a razvojem DWDM (multipleksni prijenos sa gustom raspodjelom valnih duljina) brzine po optikim kab lovima postaju nesluene.


6/38

vreme

pojaava

Regenerisani signal


7/38

VRSTE ZVUKA

1.isti ton- zvuk samo jedne frekvencije

2. Sloeni ton- periodino neharmonino titranje

3.um- nepravilno neperiodino titranje bez stalnih frekvencija i amplituda

4. Tranzijentne zvune pojave- nagli, kratkotrajni i jednokratni zvuk (npr. pucanj)


8/38

ZVUNI SPEKTAR

Dinamika karakteristika ljudskog uha

Ja

ina

zvuka

u

dB


9/38

Svojstva ljudskog govora i sluha

Tiho aptanje 17 fonaSrednja glasnost 50 fona Vrlo glasan govor 80 fona Vrne vrednosti govora 84 fona Granica bola 120 fona Normalna glasnost 17 - 70 fona


10/38


11/38

PRINCIPI MULTIPLEKSNOG PRIJENOSA

multipleksni prenos (viestruki prenos) istovremeni prenos vie informacijskihkanala po istom prenosnom mediju (npr. po jednoj telefonskoj parici)

Telefonski razgovor se prenosi u niskofrekvencijskom podruju od 300 do 3400 Hz(telefonija na 3.1 kHz) tj. kao govorni kanal irine 3100 Hz. Kako je frekvencijskoprenosno podruje prenosnih medijuma daleko ire, namee se potreba njihovog toboljeg iskoritavanjatoupravo omoguavamultipleksni prenos.

Vrsta prijenosnog medija Frekvencijski opseg

simetrina parica 0-120 kHzkoaksijalna parica 60 kHz-60 MHz

optiko vlakno 1012-1015 Hz

slobodan prostor (radiokomunikacije) 3 kHz-3000 GHz


12/38

Multipleksni prenos se ostvaruje pomou dve metode:

FDM(Frequency Division Multiplex)- multipleksni prenos s frekvencijskom raspodelom

kanala ili frekvencijski multipleksTDM(Time Division Multipleks)- multipleksni prenos s vremenskom raspodelom kanala

ili vremenski multipleks

Za prenos po optikimkablovimaa razvio se multipleksni prenos s gustom raspodelom

talasnih duina (DWDM Dense Wavelenght Division Multiplexing) gde se svakatalasna duinasvetlosti prenosi brzinom od 10 Gbps (120 000 kanala).

U multipleksnom prenosu irina telefonskog kanala je 4 kHz, a njime se moeprenositi bilo koja vrsta informacije, a ne samo govor.


13/38

FREKVENCIJSKI MULTIPLEKS

Telefonski kanal (300-3400 Hz) se pomou modulacije pomera u vie frekvencijsko

podruje.

Svaki telefonski kanal ima svoj frekventni opseg te se po istom vodu moeslati vietelefonskih kanala smetenihna frekvencijskoj skali jedan do drugoga. Dakle, razliitikanali se istovremeno prenose po istom vodu, a kriterijum meusobnograzlikovanja jefrekvencija.


14/38

VREMENSKI MULTIPLEKS

Informacijski kanali se prenose po istom vodu u odreenim vremenskim intervalima

umesto u odreenimfrekvencijskim intervalima. To se moeslikovito prikazati rotirajuimsklopkama na krajevima voda koje fizikispajaju odgovarajueparove kanala predajnikai prijemnika u ritmu takt impulsa. Ove sklopke se okreu sinhrono (istom brzinom) iistofazno (imaju isti poetni poloaj). Kanali predajnika i prijemnika nisu neprekidnofizikispojeni za vreme veze, vesamo u odreenimvremenskim trenucima, ali kako jeinterval ponavljanja spajanja kratak i odvija se velikom brzinom dobijva se utisak stalnog

spoja.


15/38

MODULACIONE TEHNIKE

Modulacija je postupak u kojem se menja neki od parametara nosioca ili

prenosnog signala pod uticajem moduliueg signala koji predstavlja informaciju.

Informacijski signal se moduliezbog toga toobinonije mogunjegov prenos uoriginalnom frekvencijskom opsegu ili zbog multipleksnog prenosa po istom

prenosnom medijumu. Modulacija je samo deo sistema za prenos informacija.

Modulisani

signal

Modulisani

Signal i smetnjeDemodulisani

Signal i smetnje

kanal

I i f ij d j bil k j t i f ij k j li ti ( ik


16/38

Izvor informacije: daje bilo koju vrstu informacije koju elimopreneti (govor, muzika,slike, podaci, tekst, merene veliine itd.)

Pretvara informacije: pretvara neelektrinu informaciju u elektrini signal (npr.mikrofon pretvara zvuk u elektrininapon.

Pretvarasignala:modulieelektriniinformacijski signal ako se ovaj ne moeprenetiu originalnom frekvencijskom opsegu. Npr. radio signal se moe prenositisamo na visokim frekvencijama; u telefoniji se zbog boljeg iskoritenja prenosnogmedijuma po njemu istovremeno prenosi vei broj telefonskihkanala.

Prenosni kanal ili vod:prenosni medijum kao bakarna parica, optikavlakna, slobodanprostor

Izvor smetnji:razliitiizvori smetnji koje naruavajukvalitet signala i koji mogu delovatina bilo kojem delu prenosnog puta (npr. smetnje pri ukljuivanju iiskljuivanju elektrinih potroaa, indukovani naponi zbog EM polja elektrinih

vodova, umu vodovima itd.)

Pretvara signala (prijemnik): Iz modulisanog signala izdvaja originalni signal koji jeuao u modulator. Na alost demodulie se i signal smetnje.Pretvara informacije (prijemnik): reprodukuje informaciju iz demodulisanogelektrinog signala.

Odredite informaci e: korisnik informaci e n r. l udsko uho


17/38

VRSTE MODULACIJE

Signali u modu laci j i

Informacijski signal

Moduliuisignal-Analogni ili

- digitalni Nosilac

VF signal

-Sinusoidalni

-Impulsni signal

Modulisani signal

-kontinualni ili

- diskretni VF signal


18/38

Vrste mo dulacije

Modulacijske

tehnike

Informacijski signal

(moduliui signal)

Prenosni signal Vrsta modulacije

ANALOGNE analogni sinusni

- amplitudska modulacija (AM)

- frekvencijska modulacija (PM)

- fazna modulacija (PM)

DIGITALNE digitalni sinusni

- amplitudska binarna modulacija (ASK)

- frekvencijska binarna modulacija (FSK)

- fazna binarna modulacija (PSK)

IMPULSNE analogni impulsni

moduliui signal

nekodovan:

- impulsnoamplitudna (PAM)

- impulsno irinska

(PDM)

- impulsno

pozicijska (PPM)

- impulsno

frekvencijska (PFM)

moduliui signal

kvantovan i

kodovan:- impulsno kodna

(PCM)

- delta modulacija

(DM)


19/38

ANALOGNE I

DIGITALNE

MODULACIJE

Moduliuisignal

Analogni moduliuisignal

Moduliuisignal

Digitalni moduliuisignal

IMPULSNE MODULACIJE


20/38

IMPULSNE MODULACIJE

Moduliui signal

Moduliui signalnekodovan

Moduliui signalKvantovan i kodovan


21/38

Imulsno kodna modulacija - PCM

Pretvaranje analognih signala (govor, muzika, slika) u digitalne radi prenosa,obrade.

(Reeves patent 30-tih 20.st.)

Uzorkovanje, kvantizacija po amplitudi (PAM - pulse amplitude modulation),digitalno kodovanje (PCM - pulse code modulation), (prenos), dekodovanje (PAM)

i rekonstrukcija signala.

Kvalitet signala ne zavisi od prenosa, ve od krajnjih ureaja (S/N, linearnost,frekvencijska karakteristika) ako je uestanost greaka(BER bit error ratio/rate)manja od graninevrednosti (npr. 10-9)


22/38

IMPULSNO KODNA MODULACIJA

PCMPulse Code ModulationDigitalni prenos je kvalitetniji, sigurniji i ekonominijiod analognog prenosa.Digitalni signal, zbog samo 2 razliitevrijednosti (1 i 0), ima manja izoblienja, lakega je obnoviti bez uticaja uma i postie vei domet od analognog signala.

Osnova digitalnog prenosa je teorema uzorkovanja (odmeravanja).

Teorema uzorkovanja kae da je svaka funkcija koja ne sadri frekvencije vie odgornje granine frekvencije fg potpuno odreena svojim diskretnim vrednostima

uzetim u vremenskim intervalimaT0= 1/2fg= Tg/2

Gde je:

fg = najviafrekvencija signala

Tg= period najviekomponente signala.

Pri prenosu analognog signala ne moramo prenositi sve vrednosti signala kojih

teoretski ima beskonano mnogo, ve ogranien broj vrednosti signala odreenteoremom uzorkovanja. Uzorci se mogu uzimati u kraimintervalima od T0, ali nikako

u duim.


23/38

Frekvencija uzimanja uzoraka mora biti jednaka ili vea od dvostruke maksimalnefrekvencije analognog signala;

f0= 1/T0 2fg

Transform aci ja analogno g signala

Impulsno kodnom modulacijom postie se pretvaranje analognog govornogsignala (300-3400 Hz) u digitalni signal.

Uzimanje uzoraka

Analognog signala

Signal koji

se prenosi

Rekonstrukcija

Signala

na prijemu


24/38

Faze PCM mod ulacije:

Niskopropus no f i l tr i ranje:

NF filtar odseca sve frekvencije analognog signala iznad gornje granine frekvencije

radi spreavanja preklapanja originalnog signala s modulisanim signalom.

Uzorko vanje i l i impu lsno ampli tud na modu laci ja (PAM):

U ovoj fazi se iz analognog signala uzima 8000 uzoraka u sekundi (frekvencija

uzorkovanja je 8000 Hz) odnosno iz analognog signala se svakih 125 s uzimatrenutna vrednost signala.


25/38

Kvantovanje poamplitudi

PAM

Kodovanje

PCM

Dekodovanje

PAM

Prenos

Impulsno kodna modulacija PCM


26/38

Uzimanje uzoraka - kvantovanje po vremenu

Teorema o uzorkovanju

vreme

Uzorkovanje

vreme


27/38


28/38

Kodovanje:

Kvantovane vrednosti uzoraka analognog signala se koduju s 8 bita tj. pretvaraju u niz

od osam 1 i 0 odnosno u niz strujnih i bestrujnih impulsa prepoznatljivih kao digitalni

signal.

Brzina ovog signala iznosi 64 kbit/s (8000 uzoraka/s 8 bita = 64000 bita/s) i predstavljaosnovnu brzinu na kojoj se grade digitalni sistemi veihbrzina.Primer: Kvantovana vrednost amplitude PAM signala ili uzorka je +112.

+112 = + (64 + 32 + 16) 1111000 (kodna re)kodovanje

8-bitni binarni ko d

Vrednost amplitude

Dekodovanje


29/38

U PCM modulaciji kvantovane vrednosti mogu biti i samo celi brojevi, dakle od 0

do 256, ali tada 1. bit (MSB) kao najznaajniji bit ima vrednost 27 = 128, a neodreuje predznak kvantovane vrednosti. Ali opet e svi uzorci negativnihvrednosti (naponi negativnog polariteta) imati 1. bit 0, a oni pozitivnih vrednosti(naponi pozitivnog polariteta) 1.

Tada je 1. bit bit najveegznaajaili vrednosti (MSBmost significant bit), a 8. bitje bit najmanjeg znaajaili vrednosti (LSBleast significant bit)


30/38


31/38


32/38


33/38

PCM DEMODULACIJA

PCM demodulacijom se postie pretvanje digitalnog u analogni signal.

Faze demodu laci je:

Dekodovanjem digitalnog signala dobijaju se kvantovane vrednosti amplituda PAM

signala (uzoraka analognog signala). Ovaj signal nije potpuno isti kao signal nakon

uzorkovanja u modulaciji jer se u fazi kvantizacije svim uzorcima koji su upali u isti

interval kvantizacije pridruivala ista kvantizaciona vrednost iako su oni po iznosumogli biti malo razliiti. Ova greka se naziva um kvantizacije, a manja je to je

vie intervala kvantizacije tj. vei broj bita.Nakon proputanja PAM signala kroz niskopropusni filtar (npr. RC filtar) dobija seanalogni signal kao reprodukcija originalnog signala. Ovaj signal se pomouizlaznog pretvaraa reprodukuje u poslatu informaciju (npr. preko zvunika u zvuk).


34/38

PCM demod ulacija

Digitalni prenos zvuk a

Kvantovani impulsi

PAM signala


35/38

REGENERACIJA DIGITALNOG SIGNALA

Na svom putu kroz mreu i digitalni signal se izobliuje. Ponovna rekonstrukcijadigitalnog signala se obavlja u regeneratorima.

Regenerator ispituje impulse tano u sredini


36/38

Regeneratori se ugraujusvakih 70 -130 km i vie.Za razliku od analognih pojaavaaa oni u potpunosti uklanjaju um izdigitalnog signala.

Za svaki digitalni prenosni sistem definisan je BER (Bit Error Rate).Bilo koji sistem je neraspoloivako je BER loijiod 10-3(ako je na 1000 bitajedan bit pogrean).

bitaprenetihubrojbitaprenetihpogrenobrojBER

kupno


37/38

DIGITALNI SISTEM PCM 30/32

Ukoliko elimo po istom prenosnom medijumu da istovremeno prenesemo

vei broj kanala, nakon uzorkovanja se vri vremensko multipleksiranje,koje moemo prikazati rotirajuom sklopkom kojom upravljaju takt impulsi.

Evropski standardni TDM sistem je PCM 30/32 sistem.


38/38

Budui da je vreme izmeu dva uzastopna uzorka istog kanala 125 s, rotirajuasklopka se na svakom kanalu zadri 3,9 s (125 s /32 = 3,9 s). Ovo vreme se zovevremenski slot (trajanje uzetog uzorka + zatitni razmak izmeu uzoraka susednihkanala).

Vreme od 125 s zove se okvir (frame). U okviru postoje 32 slota. Unutar jednog slotaalje se kod odgovarajueg kanala. Slotovi su oznaeni oznakama T0T31. Slot T0slui za sinhronizaciju tj. osigurava da bitovi odreenog govornog kanala s predajnestrane dou u odgovarajui govorni kanal na prijemnoj strani. Slot T16koristi se zasignalizaciju, a preostalih 30 slotova predstavlja govorne kanale.

Niz od 16 okvira predstavlja multiokvir koji traje 2 ms.

Broj impulsa koji se prenese na liniju u 1 sekundi kod ovog sistema dobija se

mnoenjem tri faktora:broj kanala 32

broj uzoraka po kanalu 8000 s-1

broj bita po uzorku 8

to ukupno daje 2 048 000 bit/s = 2,048 Mbit/s tj. okruglo 2 Mbit/s.

Umnoavanjem pomou multipleksera i to za faktor 4 dobijaju se sistemi jo veihbrzina i broja kanala.

Documents

Analogni i digitalni signali-PCM.ppt